0 引言

某工地，澆注後的混凝土冒出大量氣泡并伴有刺激性氣味。混凝土硬化後表面出現空鼓，體積膨脹甚至局部開裂，實測混凝土含氣量高達10%，強度較正常情況低30%。通過各原材料的排查，最後鎖定造成混凝土“冒泡”進而引發體積膨脹的原因是粉煤灰中含有硫酸铵和硫代硫酸铵，并有單質鋁存在的可能。這些雜質均能在堿性環境下發生劇烈的釋放氣體的反應而對混凝土質量構成嚴重威脅。近期，杭州某預拌混凝土企業在生産過程中發現，有黑色灰質物漂浮于摻粉煤灰的混凝土表面，引起高度重視。為了預防混凝土質量問題，本文選取不同來源的9 種粉煤灰，通過對比其基本性質、理化特性和摻入混凝土後的相關表征情況，評判其性能優劣，同時研究三者之間的關聯性及對混凝土性能的影響。

1 試驗

1.1 原材料選取9 種不同來源的粉煤灰，依次标記為A、B、C、D、E、F、G、H、I。1.2 試驗内容與方法試驗内容包括粉煤灰的基本性質、理化特性（包括反映化學組成的XRF分析、反映物相成分的XRD分析和反映顆粒形貌的SEM分析）和摻粉煤灰混凝土的基本性能。試驗方法如下：1）按GB/T 1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》對各粉煤灰樣品進行基本性質檢測。

2）各樣品以盲樣形式進行XRF、XRD和SEM分析測試。3）以同配合比的C35 混凝土（配合比見表1）作為試驗對象，比較摻不同來源粉煤灰的混凝土拌合物的工作性（坍落擴展度、離析及泌漿程度），入模（采用Φ100×200mm塑料圓筒試模）振動後（振動時間均為15s）觀察混凝土表面浮灰及冒泡情況。每組混凝土分别制作3 組立方體試件，考察不同來源粉煤灰對混凝土7d、28d、60d标養強度的影響。

2 結果與讨論

2.1 不同來源粉煤灰的基本性質表２是不同來源粉煤灰的常規性能。

由表2 的數據可知，各樣品粉煤灰的含水率、細度、燒失量和需水量比均符合II級粉煤灰的内控要求。就28d活性指數而言，A、C、D、I這四個樣品不符合内控要求，而其餘樣品均符合要求。用開水浸泡後，C、D、G、F這四個樣品均能聞到氨味。表3 是不同來源粉煤灰的化學組成。綜合表3 所列各粉煤灰樣品有效成分（即SiO2 Al2O3 Fe2O3 總質量分數）與表2 的活性指數，可以發現，兩者的相關性并不強，其結果如圖1 所示。因此，不宜根據SiO2 Al2O3 Fe2O3 總含量推斷粉煤灰的活性。

2.2 不同來源粉煤灰的物相組成各粉煤灰樣品的XRD圖譜如圖2 所示。粉煤灰的主要組分是莫來石和石英。莫來石主要來自煤中的高嶺土、伊利石及其他黏土礦物的高溫分解物。由圖2 可見，在2θ為15o~35o區域内均出現隆起峰，同時衍射圖背底較高，這表明粉煤灰中存在着玻璃體、未燃盡的碳粒及未結晶的其他氧化物。其中，A、B、E、H的衍射峰隆起不明顯、相對平緩，說明玻璃體偏少，C、D、F、G、I中尖銳的高峰較多，說明大粒徑顆粒較多且結晶情況較好。各粉煤灰樣品的礦物組成及形貌描述見表4。

2.3 不同來源粉煤灰的顆粒形貌對9 種粉煤灰樣品統一選取放大5000 倍的SEM圖像進行對比，如圖3 所示。可以發現，D、E、I的球形玻璃體含量相對較少，B粉煤灰的顆粒最細，C和D的顆粒粗大。由于靜電作用，各粉煤灰的顆粒均有不同程度的團聚現象。從形态上來區分，粉煤灰主要由圓球型顆粒和無定型顆粒組成，兩類顆粒均有不同的粒度等級，彼此獨立存在，但也有相互吸附或成團狀的。從XRD圖譜已知C、D、F、G、I中大粒徑顆粒較多，SEM圖像與這一結論吻合。根據文獻報道，粉煤灰中的玻璃體含量通常在50%以上，可分為I型玻璃體和II型玻璃體，其中II型玻璃體主要出現在高密度、較細粉煤灰顆粒中，呈實心球體。結合這一觀點，發現在XRD圖譜中得到的A、B、E、H的玻璃體偏少這一結論，與圖3 中對應的SEM圖像基本吻合。

2.4 不同來源粉煤灰對混凝土拌合物性能的影響分别摻9 種粉煤灰的C35 混凝土拌合物的初始坍落擴展度如圖4 所示。粉煤灰在混凝土中的物理作用主要是填充和潤滑，而起到這一作用的關鍵在于其所含玻璃體的粒度分配。本研究設置的9 個試驗組，除了粉煤灰品種不同，其他原材料和用量完全一緻。這意味着混凝土拌合物的坍落擴展度越大，相應品種粉煤灰的填充和潤滑效果越好，該粉煤灰包含的玻璃體越多或大顆粒越多且粒度分配越趨于合理。結合前述各粉煤灰的SEM圖像，由于H粉煤灰玻璃體偏少且多成團狀，粒度分配不合理，故而擴展度過大（達700mm）；其他粉煤灰均有較多大顆粒且粒度分配相對合理，對應的混凝土坍落擴展度均為630mm±20mm；B粉煤灰大顆粒相對較少，故相應的混凝土坍落擴展度最小。這與圖5 所示混凝土拌合物出機後的靜置狀态基本吻合。

A、B、F、H、I混凝土出機靜置表面均輕微浮灰，其中F、I漿石分離5cm，H泌漿嚴重，其餘正常；C、D、G混凝土出機靜置表面均浮灰，其中C漿石分離3cm，其餘正常；E混凝土出機靜置表面嚴重浮灰，漿石分離2cm。由圖5 可知，摻G、D、E粉煤灰的混凝土入模振動後，表面明顯可見顔色較深的浮灰和較多氣泡，摻F、I粉煤灰的混凝土入模振動後，表面有輕微可見的浮灰和較密集的氣泡，其他試驗組相對正常。混凝土表面浮有灰黑色物質的原因是粉煤灰中吸附了一定量的油分，這是電廠出于提高燃煤效率或輔助劣質煤燃燒等原因，在燃煤過程中添加重油等油性物質助燃造成的。如果添加量過大或燃燒不充分，粉煤灰内會吸附一部分油分。這與表2 列出的各粉煤灰樣品開水浸泡現象大緻吻合。2.5 不同來源粉煤灰對混凝土強度的影響從圖6 可知，不同來源粉煤灰對混凝土7d、28d齡期的标養抗壓強度幾乎沒有影響，對60d的标養強度略有影響。混凝土7d強度最高的是A，最低的是D；28d強度最高的是H，最低的是E；60d強度最高的是E，最低的是A。28d-60d混凝土強度增幅最大的是E，增幅最小的是G。

如圖7 所示，綜合不同來源粉煤灰7d、28d、60d的混凝土強度與表3 所列各粉煤灰樣品有效成分（SiO2 Al2O3 Fe2O3總含量），發現兩者的相關性不強。因此，不宜根據SiO2 Al2O3 Fe2O3總含量推斷混凝土抗壓強度。

3 結論

綜上，在本試驗研究範圍内得到以下結論：1）對于粉煤灰的品質鑒别，除了标準中規定的常規方法，還須借助分析測試手段，以便深入認識其化學組成、物相分布和顆粒形貌。粉煤灰中玻璃體的含量及粒度分布是判斷其品質優劣的重要依據之一。2）A、C、D粉煤灰28d活性指數不符合标準規範要求。經開水浸泡後，C、D、G、H粉煤灰能明顯聞到氨味。在XRD和SEM圖像中，A、B、E、H粉煤灰均表現出玻璃體偏少這一現象，其中H粉煤灰顆粒多成團狀，粒度分配不合理，B粉煤灰大顆粒相對較少，其餘粉煤灰樣品均有較多大顆粒且粒度分配相對合理。綜合各粉煤灰樣品性能數據與混凝土試驗數據可知，粉煤灰中是否存在較多大顆粒且粒度分配是否合理将直接影響混凝土的坍落擴展度。粉煤灰的28d活性指數高低并不會直接影響混凝土的抗壓強度，且其有效成分的多少也不會影響。3）綜合粉煤灰的基本性質和分析測試數據，結合摻粉煤灰混凝土性能，9 種不同來源的粉煤灰中，應優先選用A，不應選用C、D、G，不宜選用B、E、F、H、I。如果不得不用，應考慮降低粉煤灰摻量，并開展專門試驗以驗證其可行性。

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